基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式的應用研究
——以《儀器分析》課程教學為例

吳瑞香

(汕頭職業技術學院 廣東汕頭 515078)

《儀器分析》是高等職業教育食品檢驗檢測技術、環境監測技術、化妝品技術、分析檢驗技術等專業的一門基礎課程，是一門理論性和實踐性極強的學科，是專業人才培養方案中的重要課程之一。該研究基于項目主題的教學理念，在《儀器分析》課程各章節教學中，利用企業真實的工作項目引入章節知識，將完成項目所需任務進行分解，在完成任務的過程中掌握知識并突破重點、難點內容[1]，在實施教學過程中將理論知識教學、虛擬仿真教學和實踐操作教學一體化，即“理虛實”一體化教學模式。

基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式[2]，在情境中引出新知，通過進階式任務讓學生運用知識解決問題，使學生所學知識與企業的真實檢測崗位實現零距離對接，充分發揮了精品在線開放課程資源與虛擬仿真技術的作用，實現“教、學、做”的合一，強化了學生的動手能力，激發了學生的學習興趣，從而達到了知識內化、能力提升，思政融合的教學目標,培養了學生的職業能力，有效提高了教學質量。

1 《儀器分析》課程的教學現狀

目前，《儀器分析》課程的教學模式大多數是教師先講授理論知識，再示范儀器操作方法，最后再讓學生按預先設計的實驗方案完成實踐操作。在整門課的教學和學習過程中，教師占據了課堂的主體地位，教師向學生傳授信息，學生只是被動的接受者，學生的主體地位沒有得到充分體現，且目前高職學生是文理混合，基礎參差不齊，主動學習意識不強，所以學生的學習興趣不濃，學習積極性不高。另一方面，大型貴重儀器設備是人多機少，學生一般以小組為單位，相互協作完成實訓，學生反復進行儀器操作練習的機會很少，只是觀看教師示范操作過程，聽老師講解操作要點，學生很難掌握技能要點，技能水平得不到明顯提升，畢業后不能快速地將學過的知識內容應用到實踐中去，職業院校很難培養出滿足企業崗位需求的技術技能型人才。

2 基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式構建

構建基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式的主要途徑如下。

在各章節的教學過程中，首先，以“項目引領”教學內容，選取企業真實典型的工作項目為載體來引領章節內容[3]，項目圍繞一定的教學內容，包括理論知識和操作技能，且符合學生的認知規律，經過設計加工后，均可以滿足該課程的教學需要。該課程主要設計了自來水中微量鐵含量的測定、乳粉中鋅含量的測定、飲料pH 值的測定、水中苯系物的檢測、防腐劑苯甲酸鈉的測定這5 個真實檢測項目。其次，設計完成每個項目所需執行的任務，以“任務驅動”來完成知識的學習[4]，并突破重點、難點，構建“理虛實”一體化的教學與實訓體系，以理論知識、虛擬仿真和實踐操作為時間順序主線[5]，線上線下混合式教學，實現“理虛實”一體化教學的銜接貫通。

2.1 融合信息技術，以“理”優化整合教學資源

《儀器分析》作為該校精品在線開放課程，已在智慧職教平臺成功開課，已有微課、電子教案、PPT課件、試題庫、項目案例等教學資源，授課內容已與企業實際工作項目對接。儀器分析的理論教學內容圍繞各類儀器分析方法的工作原理、儀器構造、工作過程、定性定量分析方法等內容展開。因此，可借助智慧職教平臺《儀器分析》精品在線開放課程資源，開展線上線下混合式教學。線上教學活動，可將學生的學習行為前移，根據學生線上學習情況，可以做得到精準的學情分析，為線下教學做準備，有效實現了線上線下混合式教學，充分調動了學生學習的積極性、主動性。

2.2 融合虛擬仿真技術，以“虛”改革創新實踐模式

虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，構建高度仿真的實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗[6]，可以查詢學生的預習過程，記錄學生仿真實驗的過程，并實時記錄實驗數據，完成實驗報告[7]，記錄正確率及學生完成實驗目標達成情況，便于教師掌握學生的學習情況。在儀器分析課程教學中，大型精密儀器的結構復雜、價格昂貴且易損壞、學生學習難度大、對操作人員的要求較高。因此，在實踐操作前，可先進行虛擬仿真實驗，掌握儀器的基本操作方法和實驗的基本步驟，再進行大型精密儀器的實操訓練。

虛擬仿真實驗可以使抽象的內容具體化，學生可以隨時進入虛擬實驗室完成實驗，提高了學生的學習積極性，培養了學生的自主能力，提高了學習的效率。同時，虛擬仿真實驗還可以解決職業院校實訓室普遍存在的大型精密儀器設備人多機少的問題[6]。

2.3 融線上線下，以“實”鞏固升華課堂實踐

基于智慧職教平臺《儀器分析》精品在線開放課程、東方仿真3D 虛擬現實仿真教學軟件等教學資源，打破了線上教學和線下教學的時空界限，將理論知識教學、虛擬仿真教學、實訓操作教學三者有效結合，有助于學生更好地掌握理論基礎知識和提高專業技能。（1）在線教學。主要使學生通過線上資源學習理論知識，完成在線測試，以檢測學生的線上學習情況，并使學生對3D 虛擬仿真軟件進行線上自主學習和練習。（2）線下教學。首先，教師對理論知識的重點、難點內容進行講解、答疑；其次，教師在機房對3D虛擬仿真軟件的使用方法、操作要點進行講解和示范，學生按要求反復進行練習，直到掌握儀器的操作規程和項目實訓的基本步驟；最后，在實訓室進行真實樣品的檢測及真實大型精密儀器的操作。由此可見，以“理—虛—實”為時間順序主線的一體化教學模式各教學環節相互關聯，融合了線上線下教學資源，實現了教學內容的認識、理解與轉化。

3 基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式的實踐

基于項目主題的“理虛實”一體化教學實施包含教學目標的確定、項目設計與任務分解、教學實施過程設計這3 個主要方面，該文以《儀器分析》教程第六章氣相色譜法為例,詳細介紹該教學模式的實踐過程。

3.1 教學目標的確定

根據《儀器分析》課程標準，確定該章的教學目標，知識目標為理解氣相色譜分析方法的檢測原理；掌握氣相色譜儀的基本結構和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實驗技術；了解氣相色譜法在環境領域的應用。能夠正確利用氣相色譜法對樣品進行定性和定量測定，正確、規范地記錄實驗數據、計算實驗結果，正確填寫檢驗報告，并熟悉氣相色譜儀的日常維護與保養。

3.2 項目設計與任務分解

氣相色譜法這一章專業術語多，對于初學者來說內容比較抽象、生僻，教師設計了水中苯系物的檢測這一項目來引領教學，按照完成項目的任務要求，將各任務分解、細化，并將知識點融入具體任務中，圍繞如何完成水中苯系物的檢測項目，逐一完成任務，進而掌握融入其中的知識點，通過完成項目來達到學習該章節知識的目的[8]。

“水中苯系物的檢測”項目設計了6 個任務。任務一，查詢資料，了解苯的毒性及水質中苯的限量標準；任務二，學習相關基礎知識；任務三，分組查詢資料設計實驗方案；任務四，3D 虛擬現實仿真教學軟件演練；任務五，完成實訓項目；任務六，評價反饋。設計各任務內容所涉及的知識由淺入深、由易到難、由簡單到綜合、由注重知識和技能的掌握朝著注重創新精神的培養。

3.3 教學實施過程

3.3.1 線上線下混合式講授理論知識

在線上教學中，首先，教師在課程平臺上傳短視頻介紹水中苯超標的毒害進而引出項目。教師將該項目進任務分解、形成任務書并將每個任務所設計知識點羅列出來推送給學生，學生自學知識點有關的教學課件，完成在線測試，并將學習過程中發現的問題和不足之處記錄下來，在線下的課堂中重點學習。其次，根據“水中苯系物的檢測”項目任務書要求，分析氣相色譜分析方法的檢測原理，氣相色譜儀的基本構造和操作流程，氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實驗技術等知識，并按小組查閱國家標準等相關資料，設計出項目的實驗方案，并上傳課程平臺。教師根據學生在線學習反饋，及時調整線下課堂教學的教學策略[9]。

在線下教學中，教師根據學生的在線學習及測試情況，對該章節的重點、難點及測試錯誤率較高的題目所涉及的知識點進行重點講授，主要針對對氣相色譜分析方法的檢測原理、氣相色譜儀的基本結構和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實驗技術等重難點知識進行強化教學，學生根據教師的講授進行查漏補缺。隨機抽取小組分享設計的實驗方案，其他小組同學圍繞該實驗方案進行可行性分析，老師進行總結，指導修改方案，制訂出切實可行的實驗方案，為實訓操作做好準備。

3.3.2 虛擬仿真軟件演練

在理解和掌握了氣相色譜分析法的檢測原理、氣相色譜儀的基本結構和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實驗技術等知識后，利用3D虛擬現實仿真教學軟件模擬實訓過程。課前，教師將3D虛擬仿真軟件學習賬號推送給學生，學生自學虛擬仿真軟件的基本操作方法，教師根據軟件記錄的學生操作情況，適時調整虛擬仿真軟件教學安排。

線下虛擬仿真教學在機房進行，教師借助虛擬仿真軟件講授學習氣相色譜儀的基本構造及操作方法，學生根據設計的實驗方案進行虛擬仿真實驗，教師在線實時監控學生的操作情況，并不斷地進行課堂巡查，發現虛擬仿真實驗中調節載氣鋼瓶的壓力、參數設置方法、創建校準曲線的方法等操作步驟，學生操作正確，出錯率較高，教師會及時進行講解和示范，學生可對出錯節點進行反復練習，直至熟練掌握操作方法，為后期實訓操作做好準備[10]。虛擬仿真實驗完成后，教師會邀請完成的快、出錯率低的同學進行演示和分享，引導學生發現問題并學會如何解決問題。

3.3.3 實踐操作，強化實踐技能

在完成理論學習和虛擬仿真操作后，學生在教師的指導下進行項目實驗——檢測水中的苯系物及其含量，主要操作包括準備項目所需試劑、配制項目所需溶液、試樣預處理、設置氣相色譜儀工作程序、進樣測試、關機、進行數據處理、填寫報告單等內容。在此過程中，以學生為主體，完成完整的實訓任務，充分體現學生的自主性，培養其處理問題、分析問題和解決問題的能力；以教師為主導，不斷進行課堂巡查，以便發現學生實踐操作中存在的問題，并及時給予指導。課后，學生及時進行處理實驗數據、檢測結果，并撰寫實驗報告，梳理實驗過程中出現的問題及解決方法，并將實驗報告及存在問題上傳至課程平臺。教師在課程平臺進行評價反饋，根據學生小組互評、教師評價和虛擬仿真軟件的評價，對項目實施期間每個學生的表現做出綜合評價。

3.4 教學實踐效果

該教學模式已經在筆者學校環境工程技術專業、環境監測技術專業、食品檢測技術專業、化妝品技術專業的兩屆學生的《儀器分析》課程教學中實踐應用。實踐表明，該教學模式呈現了較好的教學效果，提高了教學質量，學生的自主學習能力有了大幅度提高，課前能積極主動完成老師布置的預習任務，課后能認真準確地完成課后作業，學習目的更加明確，學習積極性明顯提高；虛擬仿真教學使原本復雜抽象的儀器結構直觀地呈現出來，使學生的學習難度降低，學習信心增強，激發了學習的動力，該課程的期末考試成績明顯提高，應用該教學模式前后課程平均分和優良率如表1 所示。學生積極參加廣東省職業院校學生專業技能大賽，并在“工業分析與檢驗”“化學實驗技術”“農產品質量安全檢測”等賽項中，獲得省級二等和三等獎項多項，學生參加省專業技能競賽獲獎情況如表2 所示。畢業生的理論水平、實驗操作技能和專業素養都有了明顯提高，學生的創新能力、就業競爭能力和崗位適應能力都有了大幅度提高，畢業生的就業率和升本率也大幅度提升，具體如表3所示。實踐表明，基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式，使學生的專業技能和專業素養明顯提升，該教學模式符合職業院校培養高素質技術技能復合型人才的要求。

表1 2019—2022學年食品檢測技術專業學生的課程平均分和優良率

表2 2020—2022年業學生參加廣東省職業院校學生專業技能大賽情況

表3 2020—2022年食品檢測技術專業畢業生的就業率、升本率（單位：%）

4 結語

基于項目主題的“理虛實”一體化教學模式在《儀器分析》課程中的應用研究，在一定程度上推進了教育教學改革，該項目的實踐應用對實踐性較強的應用學科教學模式的改革和創新，提供可以借鑒的經驗和思路。